張 君，邵根富，楊成忠，黃 林

(杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院，浙江杭州310018)

0 引言

目前國內(nèi)道路的十字路口紅綠燈，都是通過人工經(jīng)驗設(shè)定時間來管理，缺乏管理系統(tǒng)自我的智能調(diào)度［1］。國內(nèi)外也有人在研究通過視頻監(jiān)控，超聲波，地感等等途徑來獲取車輛道路信息，但這些都存在著不同的問題，視頻監(jiān)控沒法在大霧天氣采集數(shù)據(jù)，超聲波對檢測環(huán)境要求很高，地感線圈容易被壓壞等等［2］。本文設(shè)計的系統(tǒng)通過地磁檢測終端檢測交通指標(biāo)不受上述條件限制，采用實時的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭_高層的處理器，并通過高層運算調(diào)度來達到管理系統(tǒng)自身的實時智能調(diào)度。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

本套智能系統(tǒng)主要有檢測終端、道路網(wǎng)關(guān)、路口路由和以及總服務(wù)器組成，如圖1所示。

檢測終端主要負責(zé)各自車道上交通指標(biāo)的檢測，然后通過485總線將交通信息傳遞給車道網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將整條車道信息進行聯(lián)網(wǎng)整理，然后將處理好的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送給路口路由器，不同路口的路由將各自的信息打包，通過光纖傳遞給總服務(wù)器。

圖1 智能系統(tǒng)總架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)整體布局

檢測傳感器按照區(qū)域進行控制，十字路口分成4個區(qū)域。每個區(qū)域的傳感器通過分區(qū)地磁車輛檢測器進行信號集中處理，分區(qū)地磁車輛檢測器與傳感器之間通過電源線與網(wǎng)絡(luò)總線連接，電源供電為直流，網(wǎng)絡(luò)采用2線制現(xiàn)場總線，如圖2所示。

2 系統(tǒng)平臺搭建

2.1 檢測終端模塊的設(shè)計

2.1.1 檢測原理

地球表面存在著約0.6Gs的磁場。車輛可以看成一個大的鐵磁物質(zhì)，當(dāng)車輛進入磁場時，可以看成是一個磁偶極子模型，如圖3所示:

圖2 檢測系統(tǒng)布局

圖3 車輛周圍磁場的磁偶極子模型

圖3中，將車輛看成一對點電荷，相距2d，傳感器位于原點，設(shè)點電荷相對不變，在原點場強為:

偶極子在原點處場強會隨位置的改變而有規(guī)律的變化，根據(jù)此原理，可通過檢測車輛行駛時的磁感應(yīng)強度來獲得交通流信息。

2.1.2 檢測終端設(shè)計

由于采樣所得信號較小，所以本文設(shè)計了一個前置放大電路，放大電路采用的是精密、高輸入阻抗的儀表放大器AD620構(gòu)成的差動放大器，如圖4所示:

檢測模塊通過正負15V的直流供電，而傳感器是使用5V直流供電，檢測的信號量通過一個運放將信號放大，然后傳入MCU的AD1。

圖4 檢測終端原理圖

2.2 車道網(wǎng)關(guān)設(shè)計

車道網(wǎng)關(guān)需要負責(zé)一個出車道3排和右邊入車道1排共4排檢測終端的數(shù)據(jù)接收、數(shù)字濾波、融合并發(fā)送給路口路由器的工作，選用的是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32處理器。模塊硬件框圖如圖5所示:

圖5 道路網(wǎng)關(guān)模塊框圖

2.3 路口路由設(shè)計

路口路由需要接收整個路口共4個網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行融合處理，通過光纖傳給交通控制中心。路由器需要解析控制中心的調(diào)度指令，對路口的紅綠燈進行控制，同時也可根據(jù)獲取的信息自主選擇運行不同的時間分配方案。模塊硬件框圖如圖6所示:

圖6 路由器模塊框圖

2.4 軟件設(shè)計

下位機軟件主要負責(zé)數(shù)據(jù)的采集與傳送，系統(tǒng)在開始時傳感器進行自動復(fù)位，然后對檢測環(huán)境進行自適應(yīng)，接著一直檢測周圍磁場狀況，并通過計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器的值到達20時，發(fā)送數(shù)據(jù)，并將計數(shù)器清零。檢測終端軟件流程如圖7所示:

圖7 軟件流程圖

3 結(jié)束語

基于地磁的車檢對環(huán)境的依賴小，可以通過與視頻類監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，以獲取更加準(zhǔn)確的交通狀態(tài)信息，從而在智能交通上提供更加準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支持。

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